高速公路冰雪天氣應(yīng)急能力后評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)研究
——以江蘇省為例*

熊琴 解玉賓

(1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司 南京 211110；2.江蘇省交通運(yùn)輸安全與應(yīng)急科技研究中心 南京 211110)

0 引言

冰雪天氣易導(dǎo)致高速公路使用性能下降，是引發(fā)交通擁堵的重要原因之一，加劇了高速公路保持暢通的壓力。高速公路冰雪天氣應(yīng)急能力建設(shè)是交通系統(tǒng)應(yīng)急管理工作中的重要構(gòu)成部分，各省份陸續(xù)提出了應(yīng)急能力建設(shè)要求，高速交警、路政和高速公路管理單位一路三方在冰雪天氣應(yīng)急能力建設(shè)方面開(kāi)展了大量的工作和投入。而對(duì)應(yīng)急能力建設(shè)效果的評(píng)價(jià)，則需要通過(guò)應(yīng)急能力評(píng)估來(lái)實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)有評(píng)估方法多集中于自評(píng)打分、層次分析法、模糊綜合評(píng)判等[1-2]，美國(guó)于1997年率先實(shí)施政府應(yīng)急能力評(píng)估，構(gòu)建了一套應(yīng)急能力評(píng)估指標(biāo)體系[3]，但采用地方政府自評(píng)方式容易造成打分隨意，評(píng)估結(jié)果一致性較差。國(guó)內(nèi)應(yīng)急能力評(píng)估多應(yīng)用于煤礦、鐵路、機(jī)場(chǎng)等有關(guān)領(lǐng)域[4-6]，對(duì)高速公路應(yīng)急能力評(píng)估較少，且缺乏實(shí)證，現(xiàn)階段的研究基礎(chǔ)多是借鑒美國(guó)、日本的經(jīng)驗(yàn)，與本土高速公路運(yùn)行狀況脫離。特別是在高速公路冰雪天氣應(yīng)急能力評(píng)估方面更是存在諸多盲區(qū)，評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)尚在摸索階段。因而，亟待構(gòu)建合適的模型實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路冰雪天氣應(yīng)急能力的后評(píng)估。

綜合考慮應(yīng)急能力的合理性、效率性和效益性，提出一套適合高速公路冰雪天氣應(yīng)急能力后評(píng)估的指標(biāo)體系，構(gòu)建高速公路冰雪天氣應(yīng)急能力綜合評(píng)估模型，并運(yùn)用該模型對(duì)江蘇省高速公路路網(wǎng)應(yīng)對(duì)2018年1月份冰雪天氣工作進(jìn)行了后評(píng)估。

1 指標(biāo)體系構(gòu)建及指標(biāo)量化

1.1 指標(biāo)設(shè)計(jì)原則

評(píng)估指標(biāo)體系的設(shè)置應(yīng)符合一定的原則，使得所選擇的指標(biāo)具有合理性、科學(xué)性和客觀性，才能全面、系統(tǒng)地反映高速公路路網(wǎng)應(yīng)對(duì)冰雪天氣應(yīng)急能力的水平。在建立評(píng)估指標(biāo)體系時(shí)，應(yīng)遵循系統(tǒng)性原則、代表性原則、獨(dú)立性原則、客觀性原則、可比性原則。以可比性原則為例，為減少不同區(qū)域(如蘇南、蘇中和蘇北)評(píng)估時(shí)的誤差，盡量選取大致統(tǒng)一的評(píng)估指標(biāo)，以盡可能地減少評(píng)估誤差。

1.2 指標(biāo)體系的構(gòu)建

應(yīng)急能力評(píng)估過(guò)程較為繁雜，具有多樣性、動(dòng)態(tài)性和個(gè)體差異性，本研究基于美國(guó)學(xué)者芬維克提出的“3E”原則(經(jīng)濟(jì)性、效率性和效益性)展開(kāi)。在應(yīng)急管理領(lǐng)域，由于突發(fā)事件應(yīng)對(duì)不產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，更加關(guān)注應(yīng)急決策、資源配置、人財(cái)物的投入與使用等是否合理[7]。因此，從應(yīng)急能力建設(shè)實(shí)際出發(fā)，將“合理性”替換“經(jīng)濟(jì)性”，并將“合理性、效率性、效益性”作為應(yīng)急能力后評(píng)估的3個(gè)一級(jí)指標(biāo)。經(jīng)征詢行業(yè)主管部門、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位、高校/科研單位等單位相關(guān)專家意見(jiàn)，結(jié)合調(diào)研反饋數(shù)據(jù)，以除雪除冰應(yīng)急處置能力為導(dǎo)向，從必要性和實(shí)際統(tǒng)計(jì)狀況兩方面抉擇指標(biāo)，構(gòu)建了3個(gè)一級(jí)指標(biāo)、10個(gè)二級(jí)指標(biāo)和32個(gè)三級(jí)指標(biāo)的高速公路應(yīng)急能力評(píng)估指標(biāo)體系，具體構(gòu)建過(guò)程如下：

(1)合理性

為避免出現(xiàn)因應(yīng)急處置活動(dòng)的不合理導(dǎo)致的應(yīng)急不足或過(guò)度應(yīng)急的狀況，合理性指標(biāo)由指揮決策、應(yīng)急資源配備、應(yīng)急人員管理、應(yīng)急調(diào)度與聯(lián)動(dòng)、交通管制、處置措施6個(gè)二級(jí)指標(biāo)構(gòu)成，對(duì)各項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)一步分解，構(gòu)建了23個(gè)三級(jí)指標(biāo)。

(2)效率性

為評(píng)估應(yīng)急人員、物資、設(shè)備的響應(yīng)速度和應(yīng)急活動(dòng)所取得的效果，效率性指標(biāo)由響應(yīng)效率、除冰雪效率2個(gè)二級(jí)指標(biāo)構(gòu)成，對(duì)各項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步分解，構(gòu)建了6個(gè)三級(jí)指標(biāo)。

(3)效益性

為反映應(yīng)對(duì)冰雪天氣的總體效果和路網(wǎng)通行秩序等的控制情況，效益性主要由路網(wǎng)通暢率和便民服務(wù)2個(gè)二級(jí)指標(biāo)構(gòu)成，對(duì)各項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步分解，構(gòu)建了3個(gè)三級(jí)指標(biāo)。

特別地，在剔除指標(biāo)考慮上，以“事故起數(shù)同比增長(zhǎng)率”指標(biāo)為例。一方面，事故率與應(yīng)急能力關(guān)聯(lián)較弱，事故率較難反映高速公路路網(wǎng)冰雪天氣的應(yīng)急能力；另一方面，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，因冰雪天氣高速公路管制或封閉措施，車速較慢，高速公路清障起數(shù)及事故數(shù)量較日常水平基本持平，且多為輕微事故，甚至部分路段日均事故起數(shù)有所下降。綜合考慮，剔除“事故起數(shù)同比增長(zhǎng)率”指標(biāo)。

2 基于IAHP和模糊綜合評(píng)估的綜合評(píng)估模型

層次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)將定性分析與定量分析進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，在應(yīng)急評(píng)價(jià)領(lǐng)域得到廣泛的研究和應(yīng)用[8]，近年來(lái)，專家學(xué)者不斷在評(píng)估方法上創(chuàng)新，提出引用“三角模糊函數(shù)法”替代“九級(jí)標(biāo)度法”，提出改進(jìn)的層次分析方法，并與模糊綜合評(píng)價(jià)方法相結(jié)合，以揭示系統(tǒng)的多因素性、多變量性、多層次性[9-10]。

2.1 IAHP

2.1.1 基本步驟

改進(jìn)的層次分析法通過(guò)比較同層次因素相互間的重要性，并在遞階層次結(jié)構(gòu)內(nèi)合成，最終得出決策方法。其主要步驟為：

(1)建立層次結(jié)構(gòu)模型。將復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行分解，按屬性及相互關(guān)系分成若干層級(jí)，如目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層。

(2)構(gòu)建基于三角模糊函數(shù)法的判斷矩陣

為了避免偏離實(shí)際情況，通過(guò)“三角模糊函數(shù)法”構(gòu)建判斷矩陣，三角模糊數(shù)定義如下：

(1)

式中,l≤m≤u；對(duì)?λ∈(0,1)，Mk={um(x)≥λ}，F(xiàn)k={um(x)≥λ}為一個(gè)凸集，稱F為三角模糊數(shù)。專家不確定的關(guān)系權(quán)重組成矩陣取值aij=(lij,mij,uij)，其中，lij和uij分別對(duì)應(yīng)專家不確定的兩元素關(guān)系比值的可能取值。令專家對(duì)該取值的可信度為eij=uij-lij，eij數(shù)值越小，則專家打分的模糊度越小，取值可信度越大。mij表示模糊集隸屬度為1時(shí)的取值。

假定P位專家對(duì)n個(gè)因素打分，為減少專家主管因素對(duì)評(píng)估結(jié)果帶來(lái)的誤差，引入可信度矩陣E。

(2)

可通過(guò)可信度矩陣E定量表示專家對(duì)某兩元素關(guān)系判斷的模糊程度，令vij=1-(uij-lij)/2mij，則

(3)

矩陣E可作為修正權(quán)值，降低主觀因素對(duì)多指標(biāo)賦權(quán)的影響，計(jì)算判斷矩陣M*=M×E，并進(jìn)行歸一化處理。采用求根法，計(jì)算出該矩陣的最大特征值λmax和對(duì)應(yīng)的特征向量W。

(3)檢查矩陣的一致性

對(duì)判斷矩陣M*，若滿足CI=(λmax-n)/(n-1)，一致性比率CR=CI/RI，當(dāng)CR≤0.1，認(rèn)為該判斷矩陣是可以接受的。

(4)層級(jí)總排序

基于對(duì)評(píng)估總目標(biāo)的相對(duì)重要度考量，從最高層向最底層依次對(duì)同一層級(jí)各因素進(jìn)行排序。

2.1.2 基于IAHP的指標(biāo)權(quán)重確定及重要度排序

為降低專家主觀因素對(duì)多指標(biāo)賦權(quán)的影響，采用IAHP法對(duì)表1中的評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)?；诖?，邀請(qǐng)了7位專家對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行打分，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)后，得到其中5位專家的有效結(jié)果，最終得出各指標(biāo)的權(quán)重取值及重要度排序如表1所示。

表1 各指標(biāo)的權(quán)重取值及重要度排序

2.2 模糊綜合評(píng)估

本研究為三層模糊綜合評(píng)估，具體步驟如下：

(1)三級(jí)評(píng)估指標(biāo)B'-C層隸屬矩陣的計(jì)算

①確定三級(jí)評(píng)估指標(biāo)B'-C層單因素模糊評(píng)估矩陣RCi。組織專家對(duì)評(píng)估因素集UC中的各單因素進(jìn)行打分并評(píng)定等級(jí)，利用歸一法統(tǒng)計(jì)該指標(biāo)“很高、高、良好、低、差”的比例，從而確定該指標(biāo)Ui對(duì)評(píng)估等級(jí)Vj的評(píng)估矩陣RCi。

②計(jì)算三級(jí)評(píng)估指標(biāo)B'-C層隸屬矩陣BCi。結(jié)合權(quán)向量WCi，依次計(jì)算各三級(jí)指標(biāo)隸屬矩陣BCi=WCi·RCi。

(2)二級(jí)評(píng)估指標(biāo)B-B'層隸屬矩陣的計(jì)算

①確定二級(jí)評(píng)估指標(biāo)B-B'層單因素模糊評(píng)估矩陣RBi。根據(jù)模糊綜合評(píng)估規(guī)則，結(jié)合隸屬矩陣BCi，計(jì)算RBi=(BC1,BC2，…,BCi)T。

②計(jì)算二級(jí)評(píng)估指標(biāo)B-B'層隸屬矩陣BBi。結(jié)合權(quán)向量WBi，計(jì)算各二級(jí)指標(biāo)隸屬矩陣BBi=WBi·RBi。

(3)一級(jí)評(píng)估指標(biāo)A-B層隸屬矩陣的計(jì)算

①確定一級(jí)評(píng)估指標(biāo)A-B層單因素模糊評(píng)估矩陣RA。一級(jí)評(píng)估指標(biāo)A-B層模糊評(píng)估矩陣RA=(BB1,BB2,BB3)T。

②計(jì)算一級(jí)評(píng)估指標(biāo)A-B層隸屬矩陣BA=WA·RA。

(4)模糊綜合評(píng)估結(jié)果

令評(píng)估集為V={V1,V2,…,Vi}，其中Vi表示第i項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)估結(jié)果。本文評(píng)估集V={很高、高、良好、低、差}，并將指標(biāo)集按最大隸屬度原則，確定評(píng)估結(jié)果。

3 實(shí)例分析

3.1 評(píng)估對(duì)象概況

截至2017年底，江蘇省高速公路里程達(dá)4 688 km，密度居全國(guó)各省區(qū)前列，其中六車道及以上高速公路占全省高速公路通車?yán)锍?4%。

2018年1月，江蘇先后經(jīng)歷2次明顯的降雪過(guò)程，對(duì)高速公路出現(xiàn)帶來(lái)巨大影響：1月3日至5日，全省普降大雪，降雪量超過(guò)10 mm，部分路段積雪厚度達(dá)到甚至超過(guò)10 cm，降雪量基本都達(dá)到了大到暴雪的級(jí)別；1月24至28日江蘇省再次出現(xiàn)大范圍強(qiáng)降雪天氣，全省大部分地區(qū)均出現(xiàn)中到大雪，局部暴雪的天氣。

1月3日至5日期間全省高速公路封閉時(shí)長(zhǎng)約48 h(封閉路段累加，下同)，1月24日至28日期間的封閉時(shí)長(zhǎng)達(dá)96 h。全省高速公路部門共出動(dòng)人員93 177人次，出動(dòng)各類機(jī)械車輛23 508臺(tái)次，使用融雪劑16 745 t、鹽11 970 t、砂石料4 023 t、草包49 070只、其他物質(zhì)2 154 t，撒布物料數(shù)共32 738 t。

3.2 基于IAHP和模糊綜合評(píng)估的應(yīng)急能力評(píng)估

3.2.1 確定模糊集

確定評(píng)語(yǔ)集V={適應(yīng)度很高V1，適應(yīng)度高V2，適應(yīng)度良好V3，適應(yīng)度低V4，適應(yīng)度很低V5}。

3.2.2 計(jì)算各級(jí)指標(biāo)模糊評(píng)估結(jié)果

(1)單因素隸屬度確定

綜合現(xiàn)場(chǎng)走訪和數(shù)據(jù)搜集、整理，所屬評(píng)語(yǔ)等級(jí)的確認(rèn)用“√”勾選，計(jì)算各層對(duì)評(píng)語(yǔ)等級(jí)的隸屬度。以“指揮決策的合理性B11”為例，B11={C1,C2,C3}，權(quán)向量WC1=(0.513, 0.306, 0.181)，專家評(píng)估見(jiàn)表2。

表2 B'-C層綜合評(píng)估打分

(2)三級(jí)指標(biāo)模糊評(píng)估

“指揮決策的合理性B11”評(píng)估矩陣

類似地，BC2=(0, 0, 1, 0, 0)；BC3=(0, 0, 0.506, 0.494, 0)；BC4=(0, 0, 1, 0, 0)；BC5=(0, 0.199, 0.801, 0, 0)；BC6=(0, 0.283, 0.594, 0.123, 0)。

(3)二級(jí)指標(biāo)模糊評(píng)估

二級(jí)指標(biāo)模糊評(píng)估矩陣RB1=(BC1,BC2,BC3,BC4,BC5,BC6)T=

BB1=WB1·RB1=

(0.073, 0.196, 0.661, 0.070, 0)。

同理可得BB2和BB3。

(4)一級(jí)指標(biāo)模糊評(píng)估

一級(jí)指標(biāo)模糊評(píng)估矩陣RA=(BB1,BB2,BB3)T=

BA=WA·RA=

(0.017,0.245,0.636,0.102,0)。

由計(jì)算結(jié)果，結(jié)合應(yīng)急能力水平對(duì)應(yīng)評(píng)估等級(jí)“很高、高、良好、低、差”及最大隸屬度原則，得到江蘇省高速公路冰雪天氣應(yīng)急能力“良好”。通過(guò)對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析，認(rèn)為江蘇省高速公路應(yīng)急預(yù)案體系完善、除冰雪裝備技術(shù)性能基本滿足需求、除冰雪物資儲(chǔ)備及時(shí)到位、人員隊(duì)伍構(gòu)成較為合理、信息發(fā)布及時(shí)可靠渠道多樣、救助服務(wù)保障有力，全路網(wǎng)整體上具備較高的應(yīng)對(duì)冰雪天氣能力，基本能夠保障路網(wǎng)雨雪冰凍天氣下正常運(yùn)行。

然而，江蘇省高速公路冰雪天氣應(yīng)急能力建設(shè)不足之處：一是仍大量使用的尿素等融雪材料效果一般，有一定程度的環(huán)境危害并可能造成路面損傷；二是除雪設(shè)備數(shù)量缺口依然較大且技術(shù)較為落后；三是一線應(yīng)急人員力量不足、連續(xù)作戰(zhàn)、疲勞作業(yè)現(xiàn)象普通存在，實(shí)際操作過(guò)程中仍出現(xiàn)了多頭指揮的情況、影響作業(yè)效率；四是高速公路除冰雪應(yīng)急能力還無(wú)法完全滿足“大雪無(wú)痕”、“冰雪不封路”和“雪后路凈”的高標(biāo)準(zhǔn)、高要求。

4 結(jié)論

針對(duì)冰雪天氣下高速公路應(yīng)急能力后評(píng)估進(jìn)行建模分析，改進(jìn)了傳統(tǒng)層次分析法的判斷矩陣構(gòu)建方式，引用模糊三角函數(shù)計(jì)算權(quán)值，減少了主觀因素的影響，并結(jié)合江蘇省高速公路應(yīng)急工作開(kāi)展情況，得出以下結(jié)論：

(1)構(gòu)建高速公路冰雪天氣應(yīng)急能力評(píng)估指標(biāo)體系。一級(jí)指標(biāo)包括合理性、效率性和效益性，二級(jí)指標(biāo)包括指揮決策的合理性、應(yīng)急資源配備的合理性、響應(yīng)效率和路網(wǎng)暢通率等10個(gè)，三級(jí)指標(biāo)包括災(zāi)前動(dòng)員、物資儲(chǔ)備庫(kù)配備、人員快速反應(yīng)與保障、除雪劑消耗率、路網(wǎng)平均通暢率和通信信息服務(wù)等32個(gè)。通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)層次分析法的判斷矩陣構(gòu)建方式，引用模糊三角函數(shù)確定指標(biāo)權(quán)重，有效降低了主觀因素對(duì)多指標(biāo)賦權(quán)的影響。

(2)將模型應(yīng)用至江蘇省高速公路冰雪天氣應(yīng)急能力后評(píng)估分析中，實(shí)例分析與江蘇省高速公路冰雪天氣應(yīng)急能力處置現(xiàn)狀相吻合，評(píng)估應(yīng)用效果較佳。

(3)本研究立足于江蘇省高速公路應(yīng)急工作情況，然而我國(guó)南北地域氣候差異較大，指標(biāo)的選取不一定能夠有效滿足其他區(qū)域(特別是北方區(qū)域)，此外，應(yīng)急標(biāo)準(zhǔn)的缺失，新材料、新技術(shù)的應(yīng)用突破，均有待進(jìn)一步研究。